Nei primi anni del XIII secolo il libero Comune emanò gli Statuti che permettevano agli ordini religiosi di insediarsi all'interno delle mura. Un gruppo di frati francescani, inviati dallo stesso san Francesco, giunse a Treviso nel 1216 e prese sede in un oratorio dedicato alla Madonna nella zona oltre il Cagnan Grande. La comunità divenne presto numerosa e nel 1231 si cominciò a costruire, per buona parte a spese di Gherardo da Camino (si pensa quale atto di riparazione per l'uccisione di Jacopo da Valenza, minorita vescovo di Feltre) la chiesa e il convento. Nel 1270 vennero ultimate le costruzioni.
Le maggiori famiglie trevigiane ebbero una propria cappella in questa chiesa: oltre alla grandiosa arca dei da Camino, di possono ricordare le scomparse tombe dei Bonaparte, dei Brandolini, dei Coderta, dei Rovèr, dei Rinaldi, dei Sugana, dei Calandri.
Essendo una chiesa di Regolari, nel 1797 la chiesa fu occupata dai francesi ed, espulsi i frati minori conventuali, nel 1806 venne soppressa dalle leggi napoleoniche. Fu così adibita a scopi militari e come stalla. Nel 1928, dopo un restauro, fu riaperta.
La chiesa, di proprietà del Comune di Treviso, è stata nuovamente affidata all'animazione pastorale dei frati francescani conventuali. Non è parrocchiale, essendo compresa nel territorio di Santa Maria Maddalena.
Ad un francescano, fra' Benvenuto delle Celle, secondo la tradizione autore anche del progetto per la chiesa di San Nicolò, si deve forse il disegno della chiesa dei Minori. Alla grandiosità del tempio domenicano si oppone la struttura semplice e severa, di transizione fra il romanico e il primo gotico, di San Francesco.
La chiesa presenta una pianta a croce latina, con due navate, delle quali la maggiore è più alta e larga della minore ed è coperta con soffitto ligneo a carena di nave, mentre la minore è più bassa e coperta con volta a crociera in muratura e si compone di cinque campate.
Nella lunetta sopra il portale si trova un affresco attribuito a Marco Veneziano (1235). All'interno, sulla parete sinistra, si incontra un affresco raffigurante San Cristoforo, opera romanico-bizantina del fine Duecento. Nella cappella maggiore si trova il dipinto dei Quattro Evangelisti, probabilmente opera di un allievo di Tommaso da Modena.
Nella prima cappella a sinistra è presente un'opera di Tommaso da Modena, l'affresco della Madonna col Bambino e sette santi (1350). Nella seconda cappella a sinistra vi è un affresco del Maestro di Feltro, Madonna e quattro santi del 1351.
La chiesa ospita le tombe di alcune persone celebri: Pietro Alighieri e Francesca Petrarca i più importanti. Il primo, figlio di Dante Alighieri, era un giudice, poeta e commentatore residente a Verona che morì a Treviso, durante un soggiorno nel 1364. La seconda, figlia di Francesco Petrarca, morì di parto nel 1384.
Dalla chiesa proviene la Sacra conversazione (1480) di Alvise Vivarini, oggi alle Gallerie dell'Accademia di Venezia.
All'esterno della chiesa troviamo la statua di San Francesco opera dello scultore contemporaneo Roberto Cremesini.
Nel braccio di destra del transetto, si trova l'organo a canne Mascioni opus 798, costruito nel 1960.